EI32-JD型计算机联锁系统.ppt

EI32 JD型计算机联锁系统 主要内容 一 EI32 JD型计算机联锁系统的结构二 EI32 JD型计算机联锁系统的主要特点三 EI32 JD型计算机联锁系统的组成及功能四 联锁机系统级的冗余结构五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理六 EI32 JD型计算机联锁系统的输入 输出电路及其安全保障七 EI32 JD型计算机联锁系统软件八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 一 EI32 JD型计算机联锁系统的结构 EI32 JD型计算机联锁系统属于分布式计算机控制系统 系统包括人机对话层 也称操作表示层 联锁运算层 执行层 系统体系结构如下图所示 一 EI32 JD型计算机联锁系统的结构 一 EI32 JD型计算机联锁系统的结构 系统中包括的主要子系统有 操作表示机 即上位机 联锁计算机 驱动采集机及驱动采集接口 控制台相关设备 包括战场屏幕显示器 鼠标器 数字化仪 语音提示报警音箱 显示驱动器等 组合架 电务维修机及微机监测系统 二 EI32 JD型计算机联锁系统的主要特点 1 联锁杌 驱动采集机硬件及驱动采集电路为日本信号株式会社产品 操作机 上位机 为工控机 2 联锁机为二乘二取二结构 分为I 系 各系内部为二取二结构 双系互为热备 即联锁机及驱采机均为双系 双硬件体系 冗余工作 双系中每一单系均包括双套计算机实时校核工作 每一单系中必须双机工作一致才能对外输出 实现全系统的高安全性 任一单系检出故障均可立即导向备系工作 实现全系统的高可靠性 二 EI32 JD型计算机联锁系统的主要特点 3 联锁系统中联锁功能和驱动采集功能分离 联锁系统由联锁层和执行层 驱动采集电路 组成 根据车站规模 每一冗余系可能包括一套驱动采集机或两套驱动采集机 每套驱动采集机均为二乘二取二冗余结构 4 单系为双CPU结构 双系各自独立 具备自律功能 5 各联锁机和驱动采集机之间采用双环光缆构成专用局域网 物理通道为双倍冗余 二 EI32 JD型计算机联锁系统的主要特点 6 每一继电器输出驱动的末级采用独立电源隔离技术 驱动无极继电器 防止因线路混线使继电器误动 7 操作表示机为双机热备结构 8 考虑了与调度集中自律机结合方案 支持设备集中和设备分散两种制式 9 联锁系统可与微机监测系统一并设计 10 适用于区域联锁 联锁机和驱动采集机分离 使冗余结构更为灵活 合理 易于通过远程连接实现分散控制 区域集中 三 EI32 JD型计算机联锁系统的组成及功能 1 操作表示机操作表示机 俗称上位机 和联锁计算机 包括驱动采集机 构成上下位控制的分层结构 操作表示机采用Pc系列工业控制计算机 根据系统具体配置和要求的不同可插入不同的电路板 CPU采用PnI或以上的处理器 向上兼容 操作表示机的主要作用是为车站值班员提供操作显示界面 操作表示机从联锁计算机取得站场当前状态 驱动站场屏幕显示器 采集操作信息传输给联锁计算机 将当前联锁状态信息传输给电务维修机和监测机 操作表示机为双机热备 设备的倒接无需人工干预 也不对正常行车造成干扰 操作表示机可支持单元拼装式控制台 数字化仪 鼠标器 显示器等多种操作显示工具 三 EI32 JD型计算机联锁系统的组成及功能 2 联锁计算机联锁计算机简称联锁机 两套共4个CPU构成二乘二取二容错系统 联锁机采用E132型计算机联锁专用计算机 联锁机接收来自操作表示机传来的操作命令 接收驱动采集机传来的室外信号设备状态 进行联锁运算 向驱动采集机传输室外信号设备动作命令 同时向操作表示机传输表示信息 联锁计算机为安全型系统 三 EI32 JD型计算机联锁系统的组成及功能 3 驱动采集计算机采用EI一32型计算机联锁系统系列产品 同为二乘二取二容错结构 其作用为采集室外信号设备的状态 驱动室外信号设备动作 为安全型系统 安全型驱动采集电路为驱动采集计算机 以下简称驱采机 的组成部分 其小型化的动态采集 输出电路为其电路特色 三 EI32 JD型计算机联锁系统的组成及功能 4 驱动采集计算机执行层驱动采集计算机执行层为组合架 完成现场状态信息的输入和控制命令的输出 组合架上安装有信号点灯电路 道岔控制及表示电路 轨道继电器 其他结合电路等继电器电路 四 联锁机系统级的冗余结构 1 概述系统级冗余结构是指在计算机联锁发生故障时 能使计算机联锁继续运行下去的设计方法 E132一JD型计算机联锁系统采用二乘二取二冗余结构 所谓二取二即在一套系统上集成双套CPU系统 双套系统严格同步 实时比较 只有双机运行一致时才对外输出或传输运算结果 四 联锁机系统级的冗余结构 二乘 为上述双机组合有两组 可采用双机热备或并用方式 E132一JD型计算机输入一输出接口 驱动单元电路 电源均为双套 在保证安全的基础上 为提高系统的可靠性 操作表示机 通信网络也采用双套 操作表示机也实现了双机热备 四 联锁机系统级的冗余结构 2 二取二CPU电路二乘二取二计算机联锁核心部件 二取二安全型CPU板的电路结构 在该印制板上集成了完全相同的两套计算机系统 包括时钟 RAM ROM和必要的接口电路 还集成了实现双机校核的总线比较电路 CPU A和CPU B硬件完全相同 所装软件 包括系统软件和应用软件完全相同 正常情况下 A B曰两套CPU电路应当工作完全相同 此时 由该板驱动一个继电器 称作正常继电器 只有正常继电器接点闭合 才能给该板输出部供电 形成真实的输出 从硬件上保证设备的安全 四 联锁机系统级的冗余结构 二取二安全型CPU板的电路结构如图 四 联锁机系统级的冗余结构 EI 32型计算机联锁支持双系热备型冗余结构 如图所示 每一系的任一处理部的单系 联锁机I系 系 驱采机I系 系即为双机校核的CPU系统 因而它总体上是一个4机系统 四 联锁机系统级的冗余结构 双系热备方式的方式中 驱采机的I系和 系均仅接收同一联锁机计算机发来的输出信息 如联锁机I系的输出或联锁机 系的输出 而联锁机另一系的输出不予采纳 也就是说 联锁机的双系中存在主用系和备用系的区别 只有主系对外的输出才被驱采机采纳 备系的输出虽然也被送到局域网上 但不被驱采机取用 而仅用于联锁机双系之间的校验 当联锁机的主系发生故障时 才自动地倒向备系 从这个意义上说 联锁机双系之间采用的是双系热备的方式 在双系热备方式中 联锁两系之间采用单线程操作系统实现应用软件的数据同步 四 联锁机系统级的冗余结构 无论双系热备还是二重系方式 驱采机均同时工作 同时产生输出 并且均以线圈并联的方式连接到被驱动的继电器上 因此 双系热备或二重系工作方式均为仅对联锁机而言 对于驱采机 双系均以二重系并联方式运行 E132 JD型计算机联锁采用了双系热备的工作方式 虽然驱动硬件及倒机电路不同于JD IA型 但其倒机原理是完全一样的 可以移植 四 联锁机系统级的冗余结构 4 倒机电路输入 输出电路具有回读检测能力 当电路发生故障时 输入输出处理都具有自诊断功能 底层软件给出故障报告 应用软件予以判断 决定是否切除本系或倒机 例如判断输出和回读是否一致 和JD IA型一样 输入电路也同JD IA型一样 在采集的间隙进行部分电路的自诊断 支持双系切换的硬件电路 俗ys电路板 上安装有数个小型的安全型继电器 对各系的主CPU板及其软件运转正确性的判断 最终驱动一组倒机继电器 其状态决定主系和备系 四 联锁机系统级的冗余结构 采用两重系时 两系的切换时间为300 500ms 实际上 E132 JD系统的双系切换 本质上是输入 输出机对联锁机通过LAN传来的主用信息的校核 从而输入输出部的输出缓冲区从 根据原主机设置内容 切换到 根据当前主机设置内容 联锁机 驱采机的每一系均提供一个倒机切换板 俘yS板 安装有复位开关 允许通过对本机系统复位实现人工倒机 VSYS板上安装的各种继电器均在设备面板上有指示灯 便于维护人员监督设备运行 辅助判断故障 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 1 概述系统的联锁机采用4机构成互备的双套冗余系统 称为I 系 平时两系同时接收操作表示机发来的控制信息和驱采机采集到的设备状态 并据此进行联锁运算 平时只有I 系中的某一系联锁机作为主控机 只有主控机可向驱采机发出控制命令 可以对外输出 另一系用作备机 备机只有联机后 才能实现热备 如主控系发生故障 备系在主控机脱机后 可自动升为主控系 即自动倒向备系运行 只有当主用系发生故障且备系完好时才能自动切换到备系 由备系接续工作 备系导向主控时 可保证现场联锁作业完全不受影响 无需电务人员介入 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 2 基本倒机逻辑本系统基本倒机逻辑遵从无主的原理 即两套联锁系统地位相等 无主从之分 第一次开机时 先启动的一系优先进入工作状态 成为主控系 如I系 后启动的一系自动成为备系 如果工作中主控系发生故障 则自动由备系接替工作 此时 系成为主控机 只要 系不发生故障 无论I系是否修复 是否投入运转 重新联机 系都将一直工作下去 充当主控系的角色 而并不急于倒回I系 只有当 系也发生了故障不宜继续作为主控系工作时 才再次倒回I系 这样做可避免I系修复后在两台机器都正常工作时发生无谓的倒机 增加不可靠度 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 在计算机联锁系统运行的过程中 两联锁系之间实时交换关键联锁信息和现场信号设备状态信息 以保证两联锁系之间的同步 在两联锁系均联机的情况下 由备系校核主控系发来的主控系关键联锁信息和现场信号设备状态信息 一旦发现两机信息不一致 则意味着两系失去同步 此时暂停继电器的对外输出 直至重新恢复同步 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 3 上电及倒机过程为保证安全 计算机联锁系统施工完毕 先启动的一系上电后优先进入主控 为保证安全 此时令全场区段处于锁闭状态 要求车站值班员采用区段故障解锁的方法逐段解锁区段 为避免车站值班员操作过于繁琐 本系统简化了上电解锁手续 车站值班员只需按压 区段故障解锁 按钮 输人口令 即可进入上电解锁状态 此后车站值班员只需连续按压 区段故障解锁 按钮和各个轨道区段按钮 用处于该区段的道岔名称代替 即可逐段解锁各个区段 不必重复输入口令 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 在此期间如果车站值班员办理了其他的操作 则系统退出上电解锁过程 如需恢复此过程 则需再次按压 区段故障解锁 按钮 重新输入口令 才可再次进入上电解锁过程 直至所有区段都解锁完毕 这种操作方式 即保证了上电后全场所有区段均处于锁闭状态以利安全 又避免了车站值班员操作过于繁琐 使车站值班员在紧急状态下可迅速恢复系统的正常功能 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 另一系上电时 由于同时有一系作为主控系在正常运转 这时再提出全场无作业的要求就不合理 且难以实现 对于大站甚至是不可能的 因此 在全系统已有一系以主控方式运行的情况下 另一作为备系的联锁机上电 自检通过后 则可自动地在10S左右时间内从主控系取得站场联锁数据 自动地跟踪主控系 与主控系取得同步 自动地投入运行 实现热备 这一过程同样不需要人工干预 也不必提出全场无作业的要求 在备系与主控系取得同步的过程中 不影响主控系的任何功能和性能 如果车站值班员不察看屏幕上的提示 则可能完全察觉不到此过程 这是本系统的特点之一 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 备系从主控系取得站场当前全部的联锁数据后 必须经过试联锁过程 校核所取得数据的正确性 只有判定两系的这些数据完全一致并与操作机取得通信联系之后 才认为两系的确取得了同步 可以开始联机工作 只有这时 备系才可联机 成为备系 也就是说 只有在这之后 如果主控系发生停机 备系才能够真正地接替工作 实现倒机 五 EI32 JD型计算机联锁系统的倒机原理 在主 备系同时运行的过程中 两系通过各自的自检和互检 实时监测本系的完好性 一旦发生故障 则将发生倒机 发生故障的一系自动停机 如果故障系为备系 则停机后由主控系单机工作 如果故障发生在主控系 则由备系充任主系接替工作 实现倒机 六 输入 输出电路及其安全保障 1 概述E132 JD型计算机联锁I O的安全性保障如下 1 处理部采用总线同步二重系的CPU 2 采用FS OS故障安全操作系统 3 采用照查脉冲式的采集方式 4 采用二重系比较输出驱动方式 六 输入 输出电路及其安全保障 安全性输入一输出电路的核心是闭环工作原理 即要求各硬件模块以及依赖各硬件模块的控制命令和状态采集传递均实现闭环 通过软件使整个闭环系统运转起来 输入电路由计算机提供一个脉冲源 经现场继电器接点读回该脉冲信号即认为继电器吸起 输出电路在总线I O环节和动态驱动环节设两级回读 避免地址寻址出错并检出故障 只要闭环环节中的任何一处发生故障 系统可立即诊断出来 并采取措施予以防护 记录 报警 直至停机以保证安全 六 输入 输出电路及其安全保障 系统安全性输入一输出电路的设计遵循动态工作原理 即所采用的安全性信息采集和安全性控制命令输出电路均采用动态的输入一输出电路 电路中的任何一个器件发生故障 均可导致信息脉冲的中断 从而使设备导向安全 本系统的动态电路均为内部电路 外部继电器使用安全型无极继电器 六 输入 输出电路及其安全保障 为提高系统可维护性 缩短系统的故障维修时间 联锁机本身设计有专用的硬件诊断部件和程序 提供尽量全面的软硬件自检测 互检测 检测出的故障实时送往电务维修计算机显示 记录 并给出详细 清晰的故障报告 六 输入 输出电路及其安全保障 2 采集电路原理联锁机通过采集机箱的接口电路采集组合架上的继电器接点状态 下图是安全性采集电路框图 该电路从组合架引入接点闭合时的直流电压 由软件产生内部动态信号 形成对外部采集的开闭 形成采集的动态信号 该动态信号被采集到后分别送往A B两条总线 即采用双套采集 分别通过LAN通信被CPU板的两个CPU读取 纳入联锁运算 六 输入 输出电路及其安全保障 六 输入 输出电路及其安全保障 该系统采集板采集的动态信号的电压范围为DC21 6 26 4V 由驱采24V电源供出 可在内分线盘上与采集24V电源负极进行测量 一个采集机箱可插11块采集电路板 每块采集板有64路采集单元 某块采集板某路采集的是哪个继电器接点由接口信息表约定 采集板上端指示灯表明采集板是否正常工作 绿灯表示正常 红灯表示有故障 六 输入 输出电路及其安全保障 3 驱动电路原理下图是安全性输出电路框图 六 输入 输出电路及其安全保障 该驱动板同时挂在双CPU板的两条总线上 为双套驱动 只有在两条总线上对其进行的I O操作完全一致时 才能对外产生真实的输出 动态驱动元件均在驱动机箱内 通过接13架驱动JWXC 1700型继电器 继电器输出的基本原理仍为动态原理 在电路内部设一个频率发生器 通过动态转换将频率信号转变为24V直流电平 频率发生器受CPU板正常继电器的控制 如果正常继电器接点断开 则频率发生器不工作 使故障导向安全 六 输入 输出电路及其安全保障 该系统驱动板输出的驱动电压范围为DC20 26V 由驱动24V电源供出 可在继电器线圈上测量 系统驱动板工作正常时绿灯点亮 驱动板故障时红灯点亮 有驱动信息时绿灯点亮 无驱动信息时灭灯 输出电路每路提供两条引出线 24V 24V地 用以驱动继电器 输出电路和它所驱动的继电器相互并联 I系输出的一对线和 系输出的一对线在物理上并联 电路设计使得如果出现外界短路故障 不会烧毁输出电路 六 输入 输出电路及其安全保障 采用高频动态驱动采集技术 使得电路的驱动采集单元小型化 驱动电平提高并更加稳定 减少了输出延时 一个驱动机箱可插11块驱动电路板 每块驱动板有16路输出 某块驱动板某路驱动哪个继电器由接口信息表约定 驱动板上端指示灯表明驱动板是否正常工作 绿灯表示正常 红灯表示有故障 面板中间的指示灯 16个绿灯 用以表明驱动电路是否有输出 当某路有输出时 对应位的指示灯点亮 六 输入 输出电路及其安全保障 4 双断驱动E132 JD系统最终的继电器输出实现了继电器双断驱动 E132 JD系统的驱动继电器电路为独立的双线方式 没有共用回线 具有较高的防止混线误动的能力 提高了系统的安全性 六 输入 输出电路及其安全保障 5 与室外设备的结合E132一JD型计算机联锁系统适用于目前我国车站广泛使用的各种定型室外设备 包括轨道电路 各种信号点灯电路以及道岔控制电路 作为室内 外设备的界面 目前仍采用安全型继电器实现计算机设备和现场设备的结合 结合电路包括闭塞结合 驼峰结合 机务段 场间联系 站问联系 电码化结合等 为保证安全 本系统设置SJ 各道岔启动电路中串联sJ的接点用以防护 六 输入 输出电路及其安全保障 图为计算机系统与室外信号设备的I O界面 七 EI32 JD型计算机联锁系统软件 本系统的软件采用简单叠加的方式 特点如下 1 由日信公司提供必要的底层软件 包括安全性专用实时操作系统Fs OS 通信软件 标准I O驱动程序 标准时钟等 涉及双CPU系统之间的总线比较及同步判别等安全保证的软件也由日信公司提供并包含在安全操作系统的内核中 这些软件运行于联锁机 驱采机的各CPU中 该套软件在日本国内经过了有关部门的安全认证 并在运用过程中证明是安全 可靠 高效的 七 EI32 JD型计算机联锁系统软件 2 适用于中国铁路的联锁软件由北京交大微联科技有限公司提供 该软件采用BOR LAND c语言编制 已通过了铁道部计算机联锁检验站的制式测试 七 EI32 JD型计算机联锁系统软件 3 操作表示机的软件直接采用JD IA型计算机联锁的相应系统 仅对通信程序做了改变 以将JD IA型计算机联锁对应CAN通讯的底层驱动程序由日信公司提供的相同功能 利用标准同步串行通讯的驱动程序所代替 但传输信源编码方式未做任何改动 以适应业已成熟的联锁程序与操作表示程序之间的数据交换格式 总之 E132一JD型计算机联锁的软件系统本质上是在日信公司安全性操作系统内核上安装了JD IA型计算机联锁系统的联锁软件 其结合之后软件的安全性 正确性和可靠性是可以被认可的 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 1 开机顺序检查分线柜底部电源板上的所有空开是否都在开启状态 若有关闭请开启 检查机柜后面所有空开是否都在开启状态 若有关闭请开启 开启AUPS电源和BUPS电源 当两台UPS电源输入显示亮稳定绿灯后 UPS电源输入 输出正常 开启操作表示机倒机单元的24V电源1和24V电源2的开关 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 开启A B操作表示机 开启两个联锁机电源开关 开启所有联锁机柜最上部两台驱采电源开关 开启两个接口电源开关 开启维修机电源 开启运转室显示器开关 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 2 关机顺序退出维修机程序 在 开始 菜单下的 关闭系统 关闭维修机 关闭两个接口电源开关 关闭所有联锁机柜最上部两台驱采电源开关 关闭两个联锁机电源开关 关闭A B操作表示机 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 关闭操作表示机倒机单元的24V电源1和24V电源2的开关 关闭AUPS电源和BUPS电源 3 故障处理 1 常见故障及处理方法见如下表 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 2 注意事项 板卡全部不能带电插拔 备机自诊断发现自己有危险性故障 则会不断重新启动计算机 此时主机单机工作 需尽快排除备机故障 使其正常运行 进入热备状态 要定期检查各项设备的输入电源线要牢固完全接触 不能有松落现象 八 EI32 JD型计算机联锁系统的维护 在查找故障时必须注意 插拔设备的连线 特别是视频线 一定要关闭设备电源 否则极易损坏设备 旧故障未排除又增新故障 增加故障排除难度 必要时要点进行检修